基于背景噪声消除的光电二极管电路及激光测距系统技术方案

基于背景噪声消除的光电二极管电路及激光测距系统，本发明专利技术提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其包括光电二极管跨导放大模块、运放积分器模块、滤波模块，所述滤波模块接于所述光电二极管跨导放大模块的输出端以及所述运放积分器模块的输入端，所述运放积分器模块的输出端接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端。本发明专利技术中运放积分器模块可以仅使用运算放大器、电容和电阻，滤波电路可以仅使用电容和电阻，整个电路没有使用数字元件，不会带来额外噪声，可以很大程度提高电路的信噪比，增大测距范围；同时由于只使用到运算放大器、电阻和电容，成本相对现有技术降低了许多，而且整体电路面积也大大减少，从而有利于产品的小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电二极管应用电路领域，具体涉及一种能够消除背景噪声的光电二极管电路，以及应用该二极管电路的激光测距系统。
技术介绍
光电二极管电路广泛应用于激光测距、安检设备、运动控制、分析仪器、生物医疗、光通信、军事、航空航天、光通讯等领域。其中，在脉冲式激光测距领域普遍采用的光电二极管电路包括光电二极管跨导放大电路，如图1所示，最基本的光电二极管跨导放大电路主要包括运算放大器U11、光电二极管LD1和电阻R11以及电容C11。但是这种电路输出会有一个直流偏置，如图2所示，这个直流偏置也即是背景噪声，它是由同波长的自然光(背景光)、光电二极管暗电流和跨导放大器的输入偏置电流造成的。由于激光测距系统中基于飞行时间的判决电平往往很低(200mV左右)，这个直流偏置会影响判决电平，因此在实际的测距系统中，需要把这个背景噪声消除掉，让没有脉冲信号的时候，光电二极管跨导放大电路的输出为0。目前应用最多的能够消除背景噪声的光电二极管电路如图3所示，该电路在基本的光电二极管跨导放大电路的基础上增加了模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、单片机(MCU)、缓冲器(BUFFER)以及电阻R12等元件，其原理是通过模数转换器采集光电二极管跨导放大电路的输出电压并传送至单片机中，由单片机进行滤波等算法之后把需要补偿的电压数值送给数模转换器，然后输出给光电二极管跨导放大电路的输入，从而达到光电二极管跨导放大电路的输出电压调零的目的。但是，现有技术的这种电路存在以下缺点：1、由于使用了数字元件(单片机)，导致额外加入了噪声，会使光电二极管的测距范围变小，从而会使测距的距离显著得变短；2、加入了较多额外的元件，导致成本比较高；3、整体电路的面积比较大，不利于产品的小型化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术使用的光电二极管电路中存在的额外加入噪声导致测距范围变小、元件较多导致成本较高、整体电路面积较大导致不利于产品小型化等技术问题，提出一种能够显著降低噪声、成本较低、整体电路面积较小的基于背景噪声消除的光电二极管电路。本专利技术提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其包括光电二极管跨导放大模块、运放积分器模块、滤波模块，所述滤波模块接于所述光电二极管跨导放大模块的输出端以及所述运放积分器模块的输入端，所述运放积分器模块的输出端接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端。具体的，所述运放积分器模块包括第一运算放大器、第一电容、第一电阻和第二电阻；所述第一电容接于所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述第一电阻一端接于所述第一运算放大器的反相输入端，另一端接地；所述第二电阻一端接于所述第一运算放大器的的输出端，另一端接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端；所述第一运算放大器的同相输入端接于所述滤波模块的输出端。具体的，所述光电二极管跨导放大模块包括光电二极管、第二运算放大器、第三电阻和第二电容；所述光电二极管的阴极接入偏置电压，阳极接于所述第二运算放大器的反相输入端；所述第三电阻和第二电容并联后接于所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述第二运算放大器的反相输入端还与所述第二电阻相接，输出端还与所述滤波模块的相接。具体的，所述滤波模块包括第三电容和第四电阻；所述第三电容一端接地，另一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端、以及所述第四电阻的一端相接，所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相接。具体的，所述光电二极管为雪崩光电二极管。相应的，本专利技术相应提出了一种激光测距系统，其包括上述任一基于背景噪声消除的光电二极管电路。有益效果：本专利技术提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其采用了运放积分器模块，能够对光电二极管跨导放大模块输出的直流偏置进行积分，并送回给光电二极管跨导放大模块的输入端，以达到消除直流偏置的目的。同时，本专利技术中的滤波模块可以滤除掉光电二极管跨导放大模块输出端的高频噪声(高频噪声主要是脉冲信号本身)，从而使运放积分器不受该高频噪声的影响。本专利技术中运放积分器模块可以仅使用运算放大器、电容和电阻，滤波电路可以仅使用电容和电阻，整个电路没有使用数字元件，不会带来额外噪声，可以很大程度提高电路的信噪比，增大测距范围；同时由于只使用到运算放大器、电阻和电容，成本相对现有技术降低了许多，而且整体电路面积也大大减少，从而有利于产品的小型化。附图说明图1是现有技术中基本的光电二极管跨导放大电路结构示意图。图2是现有技术中光电二极管跨导放大电路的输出存在背景噪声时以及不存在背景噪声时的波形比较图。图3是现有技术中使用的能够消除背景噪声的光电二极管电路结构示意图。图4是本专利技术提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路实施例的结构示意图。图5是基于图4的电路结构的MATLAB仿真结果示意图。具体实施方式为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本专利技术进行进一步描述。请参阅图4，本专利技术提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路实施例，其包括光电二极管跨导放大模块、运放积分器模块、滤波模块，所述滤波模块接于所述光电二极管跨导放大模块的输出端以及所述运放积分器模块的输入端，所述运放积分器模块的输出端接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端。本实施例提出的一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其采用了运放积分器模块，能够对光电二极管跨导放大模块输出的直流偏置进行积分，并送回给光电二极管跨导放大模块的输入端，以达到消除直流偏置的目的。同时，本实施例中的滤波模块可以滤除掉光电二极管跨导放大模块输出端的高频噪声(高频噪声主要是脉冲信号本身)，从而使运放积分器不受该高频噪声的影响。本实施例中运放积分器模块可以仅使用运算放大器、电容和电阻，滤波电路可以仅使用电容和电阻，整个电路没有使用数字元件，不会带来额外噪声，可以很大程度提高电路的信噪比，增大测距范围；同时由于只使用到运算放大器、电阻和电容，成本相对现有技术降低了许多，而且整体电路面积也大大减少，从而有利于产品的小型化。为了更好地实现本实施例的目的，本实施例针对所述运放积分器模块做了优化设计，具体的，所述运放积分器模块包括第一运算放大器U1、第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电容C1接于所述第一运算放大器U1的反相输入端和输出端之间；所述第一电阻R1一端接于所述第一运算放大器U1的反相输入端，另一端接地；所述第二电阻R2一端接于所述第一运算放大器U1的的输出端，另一端接于所述光电二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其特征在于，包括光电二极管跨导放大模块、运放积分器模块、滤波模块，所述滤波模块接于所述光电二极管跨导放大模块的输出端以及所述运放积分器模块的输入端，所述运放积分器模块的输出端接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于背景噪声消除的光电二极管电路，其特征在于，包括光电二极管跨导放大模
块、运放积分器模块、滤波模块，所述滤波模块接于所述光电二极管跨导放大模块的输出端
以及所述运放积分器模块的输入端，所述运放积分器模块的输出端接于所述光电二极管跨导
放大模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于背景噪声消除的光电二极管电路，其特征在于，所述运放
积分器模块包括第一运算放大器、第一电容、第一电阻和第二电阻；所述第一电容接于所述
第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；所述第一电阻一端接于所述第一运算放大器的
反相输入端，另一端接地；所述第二电阻一端接于所述第一运算放大器的的输出端，另一端
接于所述光电二极管跨导放大模块的输入端；所述第一运算放大器的同相输入端接于所述滤
波模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的基于背景噪声消除的光电二极管电路，其特征在于，所述光电
二极管跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张石，鲁佶，
申请(专利权)人：张石，
类型：发明
国别省市：广东;44